CN104459188B - 一种熔化极气体保护焊送丝速度测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属焊接技术领域，涉及一种熔化极气体保护焊送丝速度测量装置及其测量方法，其测量装置包括机械测量头和电路结构，所述电路结构包括信号处理电路、显示电路、通信电路、电源电路和编码器，所述编码器将信号传输给信号处理电路，信号处理电路将信号分别输出到通信电路和显示电路，电源电路为各部分提供电源电压，所述机械测量头与电路结构之间通过软导线与信号处理电路相连，本发明装置及其测量方法克服了因焊丝打滑而导致的送丝速度测量不准的缺点，具有安装使用方便、测量精度高、应用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种熔化极气体保护焊送丝速度测量装置及其测量方法。
背景技术
熔化极气体保护焊中推丝式送丝机结构是一种应用最广泛的送丝机，其结构简单，适于操作。通常焊丝要经过送丝管才能进入焊枪，在施工中送丝软管经常螺旋盘在现场，焊丝在软管中受到较大阻力，焊丝要经过加压滚轮通过加压手柄压向送丝轮。由于加压手柄调节不当、焊丝的质量及送丝控制电路的缺陷极易造成焊丝送丝速度的不稳定。而送丝速度的稳定性对焊接过程分析及焊接质量有很大的影响。
为提高送丝稳定性，必须采用送丝速度反馈装置来实时测量实际的送丝速度。通常的解决方案大多是采用转动力矩大和电枢惯性小的直流电机作为送丝电机，并在电机控制驱动系统采用速度反馈补偿电路，改善电机驱动特性，抑制系统中各种干扰，缩小由于干扰所产生的偏差。转速反馈通常使用直流发电机或光电编码器来测量送丝电机的转速而间接地反映焊丝送进速度。也有通过测量电机电枢电压和电枢电流作为反馈来测量电机的转速。
以上方案均是以直接测量电机转速而间接反映出焊丝的送进速度，其共同的缺陷是并没有考虑由于压丝轮压力不够、送丝轮或焊丝上有油污等情况导致的摩擦力不足而产生的焊丝打滑现象。当焊丝出现打滑现象时，电机的转速就不能反映出焊丝实际的送进速度。
发明内容
本发明为解决现在技术中的问题，提供一种熔化极气体保护焊送丝速度测量装置及其测量方法，克服了因焊丝打滑而导致的送丝速度测量不准的缺点，具有安装使用方便、测量精度高、应用范围广等优点。
本发明采用以下技术方案予以实现：
一种熔化极气体保护焊送丝速度测量装置，其特征是包括机械测量头和电路结构，所述电路结构包括信号处理电路、显示电路、通信电路、电源电路和编码器，所述编码器将信号传输给信号处理电路，信号处理电路将信号分别输出到通信电路和显示电路，电源电路为各部分提供电源电压。
所述机械测量头与电路结构之间通过软导线与信号处理电路相连。
所述机械测量头包括送丝机接口机构、焊枪接口机构、支撑机构、编码器机构；所述送丝机接口机构、焊枪接口机构之间固定在支撑机构上，编码器机构固定在设在支撑机构上的编码器支架上。
所述送丝机接口机构上包括送丝管螺帽、送丝管、紧固螺母、气管接头、焊枪开关接头、送丝机接口。所述焊枪接口机构包括焊枪接口和导丝管。
所述支撑机构包括支架支撑杆、支撑螺母、编码器支架、第一螺母、垫片、螺丝、螺钉、第二螺母；所述支架为金属板材弯成的倒U形，底部为开口，支架的左下部、右下部分别开有圆孔，送丝机接口穿过左侧的圆孔与第二螺母固接，焊枪接口穿过右侧圆孔与导丝管相接(螺接也可)，送丝管和导丝管的轴线在同一条直线上；所述支架的从顶部向下的1/4至1/3高的左右中间位置处设置有平行于轴线的支撑杆，支撑杆用支撑螺母固定在支架上；支架的上左部开孔，并用第一螺母、垫片、螺丝固定编码器支架，所述编码器支架的形状为金属板材弯成的倒L形,L形的竖直壁位于外侧，L形的水平部分位于顶部，编码器支架的L形的竖直壁下部用螺钉固定编码器，所述编码器的轴上装有套管，套管位于送丝管和导丝管的轴线的上方并与轴线相切。
所述导气管的左端连接到送丝机接口，导气管的右端连接到焊枪接口，焊枪开关导线插头、焊枪开关导线插座分别连接送丝机接口和焊枪接口上的焊枪插头和插座。
所述送丝管、导丝管是空心管，套管轴向中间沿周向开有一个凹槽，其深度为0.5mm，宽度为1.5mm，凹槽底部切线与送丝管、导丝管中心轴线处于同一直线上。
优选的，所述套管通过过盈配合套在编码器的轴上。
优选的，所述导气管是塑料软管。
优选的，所述支架的材料为黄铜。
优选的，所述信号处理电路的核心采用ATMEL89S52单片机，通信电路的核心采用RS232专用通信芯片MAX3232，显示电路采用三位数码管显示器。
所述的熔化极气体保护焊送丝速度测量装置的测量方法，包括以下步骤：
启动电源后，单片机系统初始化，将单片机内部相关寄存器及引脚设置为初始状态；设定单片机内部的定时器初始值进行定时器初始化，用于确定定时时间；将单片机内部的计数器初始化为清空计数器，准备开始计数；准备就绪后，单片机开始根据编码器输出的信号计算送丝速度，并通过相应的端口输出到显示电路和通信电路，以显示结果，并向串口发送结果循环计算送丝速度。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：
1)安装和使用方便；
2)测量头的阻力小，使测量结果更加精确；
3)测量数据可以通过标准通信协议送到外部设备处理，扩展了其应用范围。
4)克服了因焊丝打滑而导致的送丝速度测量不准的缺点。
附图说明
图1为本发明装置的机械测量头结构示意图；
图2为本发明装置的电路结构框图；
图3为本发明装置的信号处理电路原理图
图4为本发明装置测量方法的程序流程图
图中各部件说明：
1、送丝管螺帽；2、送丝管；3、紧固螺母；4、支撑螺栓；5、支撑螺母；6、第一螺母；7、垫片；8、螺丝；9、编码器支架；10、螺钉；11、支架；12、编码器；13、焊枪接口；14、导气管；15、导丝管；16、焊枪开关导线插头；17、焊枪开关导线插座；18、套管；19、第二螺母；20、送丝机接口；21、焊枪开关接头；22、气管接头。
具体实施方式
下面参照附图对本发明具体实施方式进行详细说明。
参见图1至图4。
本发明一种熔化极气体保护焊送丝速度测量装置，包括机械测量头和电路结构，所述电路结构包括信号处理电路、显示电路、通信电路、电源电路和编码器，所述编码器将信号传输给信号处理电路，信号处理电路将信号分别输出到通信电路和显示电路，电源电路为各部分提供电源电压；所述机械测量头与电路结构之间通过软导线与信号处理电路相连；所述机械测量头包括送丝机接口机构、焊枪接口机构、支撑机构、编码器机构。
所述送丝机接口机构、焊枪接口机构之间固定在支撑机构上，编码器机构固定在设在支撑机构上的编码器支架9上。
所述送丝机接口机构上包括送丝管螺帽1、送丝管2、紧固螺母3、气管接头22、焊枪开关接头21、送丝机接口20。
所述焊枪接口机构包括焊枪接口13和导丝管15。
所述支撑机构包括支架11支撑杆4、支撑螺母5、编码器支架9、第一螺母6、垫片7、螺丝8、螺钉10、第二螺母19；所述支架11为金属板材弯成的倒U形，底部为开口，支架11的左下部、右下部分别开有圆孔，送丝机接口20穿过左侧的圆孔与第二螺母19固接，焊枪接口13穿过右侧圆孔与导丝管15相接(螺接也可)，送丝管2和导丝管15的轴线在同一条直线上。
所述支架11的从顶部向下的1/4至1/3高的左右中间位置处设置有平行于轴线的支撑杆4，支撑杆4用支撑螺母5固定在支架11上。支架11的上左部开孔，并用第一螺母6、垫片7、螺丝8固定编码器支架9，所述编码器支架9的形状为金属板材弯成的倒L形,L形的竖直壁位于外侧，L形的水平部分位于顶部，编码器支架9的L形的竖直壁下部用螺钉10固定编码器12，所述编码器12的轴上装有套管18，套管18位于送丝管2和导丝管15的轴线的上方并与轴线相切。
所述导气管14的左端连接到送丝机接口20，导气管14的右端连接到焊枪接口13，焊枪开关导线插头16、焊枪开关导线插座17分别连接送丝机接口20和焊枪接口13上的焊枪插头和插座。
所述送丝管2、导丝管15是空心管，套管18轴向中间沿周向开有一个凹槽，其深度为0.5mm，宽度为1.5mm，凹槽底部切线与送丝管2、导丝管15中心轴线处于同一直线上。
所述套管18通过过盈配合套在编码器12的轴上。
优选的，所述导气管14为塑料软管。
优选的，所述支架11的材料为黄铜。
优选的，所述信号处理电路的核心采用ATMEL89S52单片机，通信电路的核心采用RS232专用通信芯片MAX3232，显示电路采用三位数码管显示器。
所述的熔化极气体保护焊送丝速度测量装置的测量方法，包括以下步骤：
启动电源后，单片机系统初始化，将单片机内部相关寄存器及引脚设置为初始状态；设定单片机内部的定时器初始值进行定时器初始化，用于确定定时时间；将单片机内部的计数器初始化为清空计数器，准备开始计数；准备就绪后，单片机开始根据编码器输出的信号计算送丝速度，并通过相应的端口输出到显示电路和通信电路，以显示结果，并向串口发送结果循环计算送丝速度。
送丝机接口20、焊枪接口13分别采用目前较为通用的欧式MIG/MAG焊枪接口和插头，用于连接送丝机和焊枪；支架11的材料为黄铜，具有支撑整个结构作用，同时可以使电流由送丝机传导到焊枪，支撑螺栓4及支撑螺母5的作用是增加支架11的刚度及稳定性；焊枪开关导线插头16、焊枪开关导线插座17的作用是便于结构的拆装；导气管14的作用是连通送丝机与焊枪的气路。
如图3。
信号处理电路的核心是ATMEL89S52单片机及其内部的程序；通信电路采用RS232通信协议，采用RS232专用通信芯片MAX3232作为通信电路的核心；显示电路采用三位数码管显示器，三位分别为十位、个位及小数点后一位，即测量精度为0.1m/min。编码器(12)的脉冲输出端连接到单片机的计数器引脚P3.5(15脚)端；MAX32332的引脚T1In(11脚)连接到单片机的P3.1(11脚)端，MAX32332的引脚R1OUT(12脚)连接到单片机的P3.0(10脚)端，MAX32332的引脚R1IN(13脚)及T1OUT(14脚)作为输出端连接外部设备；数码管显示器段显示引脚连接到单片机P0端口(引脚32～39)，位选择引脚由单片机P2.0(引脚21)、P2.1(引脚22)及P2.2(引脚23)控制；电源电路能够输出12V及5V电压，其中12V电压输出端连接到编码器(12)的电压输入端，5V电压输出端连接到单片机的Vcc(引脚40)及GND(引脚20)端，同时连接到MAX3232的VDD(引脚16)及GND(引脚15)。编码器(12)在转动时输出一系列电脉冲信号，这些信号送到信号处理电路进行相应的处理和计算，得到送丝速度的计算结果，一方面送到显示电路显示，另一方面送到通信电路发送出去；电源电路分别为各部分电路提供合适的工作电压。
ATMEL89S52单片机程序原理及流程
ATMEL89S52单片机中有定时器模块和计数器模块，编码器轴在由外力作用并转动时，可产生一系列电脉冲信号，脉冲个数与编码器轴转动的圈数成正比。当焊丝经过编码器轴时可带动编码器轴转动，单片机的计数器模块对编码器产生的电脉冲个数进行计数，同时启动定时器模块，定时一定的时间t，定时结束后读取该段时间内的脉冲个数n，测量出套管18凹槽直径D，编码器每转一圈输出的脉冲数为m，通过以下公式可计算出送丝速度v
由于编码器转动时的阻力几乎可以忽略，焊丝经过从动轮时不会出现打滑现象，因而编码器可以精确采集到焊丝的运动。
测量方法的程序流程图如图4。
程序运行过程：上电后，单片机系统初始化，将单片机内部相关寄存器及引脚设置为初始状态；定时器初始化主要是装入定时器初始值，用于确定定时时间；计数器初始化为清空计数器，准备开始计数；准备就绪后，单片机开始根据编码器输出的信号循环计算送丝速度，并通过相应的端口输出到显示电路和通信电路。
本发明装置的工作过程：
将送丝机接口20连接到送丝机的焊枪接口上，并旋紧紧固螺母3，将焊枪连接到焊枪接口13上，并旋紧焊枪上紧固螺母，将焊丝穿过送丝机接口20两个接头和焊枪接口13的导丝管15，使焊丝压在套管18的凹槽内并可靠接触，打开电源，电源电路为编码器提供12V电压，为信号处理电路、显示电路、通信电路提供5V电压；信号处理电路中的单片机进行系统初始化：将单片机内部相关寄存器及引脚设置为初始状态；定时器初始化：主要是装入定时器初始值，用于确定定时时间t；计数器初始化：将计数器的相关寄存器清空，准备开始计数；当焊接过程开始后，套管18在焊丝的带动下转动，从而带动编码器12的轴转动，此时编码器12会输出一系列电脉冲信号，这些脉冲信号通过导线传输到单片机的计数器引脚P3.5(15脚)，单片机中的计数器模块开始对脉冲个数进行计数，同时启动定时器模块开始定时t时间；定时结束后程序读取该段时间内的脉冲个数n，测量出套管18凹槽直径D，编码器每转一圈输出的脉冲数为m，通过以下公式可计算出送丝速度v
程序将送丝速度v转换为相应的数码，送到单片机P0端口(引脚32～39)，控制显示电路中的三位数码管显示v的数值，即送丝速度；程序依据MODBUS串口通信协议将送丝速度v转换为标准数据帧，送到单片机的串口发送寄存器中，再由单片机的P3.1(11脚)发送到通信电路中的MAX32332的引脚T1IN(12脚)，再通过MAX32332的T1OUT(14脚)发送给外部设备(如计算机，示波器等)。以上过程结束后定时器再次定时t，计数器清零，开始下一次送丝速度的计算、显示及发送，该过程循环进行，直到断电。
Claims (2)
1.一种熔化极气体保护焊送丝速度测量装置，其特征是包括机械测量头和电路结构，所述电路结构包括信号处理电路、显示电路、通信电路、电源电路和编码器，所述编码器将信号传输给信号处理电路，信号处理电路将信号分别输出到通信电路和显示电路，电源电路为各部分提供电源电压；
所述机械测量头与电路结构之间通过软导线与信号处理电路相连；
所述机械测量头包括送丝机接口机构、焊枪接口机构、支撑机构、编码器机构；所述送丝机接口机构、焊枪接口机构之间固定在支撑机构上，编码器机构固定在设在支撑机构上的编码器支架(9)上；
所述送丝机接口机构上包括送丝管螺帽(1)、送丝管(2)、紧固螺母(3)、气管接头(22)、焊枪开关接头(21)、送丝机接口(20)；
所述焊枪接口机构包括焊枪接口(13)和导丝管(15)；
所述支撑机构包括支架(11)支撑杆(4)、支撑螺母(5)、编码器支架(9)、第一螺母(6)、垫片(7)、螺丝(8)、螺钉(10)、第二螺母(19)；所述支架(11)为金属板材弯成的倒U形，底部为开口，支架(11)的左下部、右下部分别开有圆孔，送丝机接口(20)穿过左侧的圆孔与第二螺母(19)固接，焊枪接口(13)穿过右侧圆孔与导丝管(15)相接，送丝管(2)和导丝管(15)的轴线在同一条直线上；所述支架(11)的从顶部向下的1/4至1/3高的左右中间位置处设置有平行于轴线的支撑杆(4)，支撑杆(4)用支撑螺母(5)固定在支架(11)上；支架(11)的上左部开孔，并用第一螺母(6)、垫片(7)、螺丝(8)固定编码器支架(9)，所述编码器支架(9)的形状为金属板材弯成的倒L形,L形的竖直壁位于外侧，L形的水平部分位于顶部，编码器支架(9)的L形的竖直壁下部用螺钉(10)固定编码器(12)，所述编码器(12)的轴上装有套管(18)，套管(18)位于送丝管(2)和导丝管(15)的轴线的上方并 与轴线相切；
所述送丝机接口(20)连接到导气管(14)的左端，导气管(14)的右端连接到焊枪接口(13)，焊枪开关导线插头(16)、焊枪开关导线插座(17)分别连接送丝机接口(20)和焊枪接口(13)上的焊枪插头和插座；
所述送丝管(2)、导丝管(15)是空心管，套管(18)轴向中间沿周向开有一个凹槽，其深度为0.5mm，宽度为1.5mm，凹槽底部切线与送丝管(2)、导丝管(15)中心轴线处于同一直线上；
所述套管(18)通过过盈配合套在编码器(12)的轴上；
所述导气管(14)是塑料软管；
所述支架(11)的材料为黄铜；
所述信号处理电路的核心采用ATMEL89S52单片机，通信电路的核心采用RS232专用通信芯片MAX3232，显示电路采用三位数码管显示器。
2.一种权利要求1所述的熔化极气体保护焊送丝速度测量装置的测量方法，其特征是，包括以下步骤：
启动电源后，单片机系统初始化，将单片机内部相关寄存器及引脚设置为初始状态；设定单片机内部的定时器初始值进行定时器初始化，用于确定定时时间；将单片机内部的计数器初始化为清空计数器，准备开始计数；准备就绪后，单片机开始根据编码器输出的信号计算送丝速度，并通过相应的端口输出到显示电路和通信电路，以显示结果，并向串口发送结果循环计算送丝速度。
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